差异风化对红层边坡稳定性的影响及防护措施研究

因差异性风化引起的红层公路边坡灾害,严重影响红层地区公路的安全运营。在滇西南地区,受该区的地质构造及特殊气候环境的影响,公路边坡在差异性风化作用下失稳破坏频发。由于红层的特殊物理性质,该区的公路边坡受差异性风化现象更严重。文中在分析红层地区差异性风化的破坏机制的基础上,针对红层地区公路差异性风化问题,提出合理的防护方法及建议。

壶穴差异风化或风蚀作用成因质疑

过去十年来发表了一系列关于中国东部第四纪冰川地貌的文章,而关于壶穴成因的争论也通过各种媒介报道出来。笔者等建议壶穴仅仅用于表示快速旋转水流在基岩表面形成的近圆筒形的凹坑,以口小肚大底平为典型形态特征,而冰川融水冲蚀形成的壶穴则叫做冰川壶穴。近年来,有些研究者将中国东部花岗岩山脊上的壶穴与差异风化和风蚀作用联系起来。笔者等分析了风化作用和风蚀作用的特点,明确指出:风化作用和风蚀作用并非壶穴形成的原因,唯一可能的成因是快速的河水或冰川融水的旋转水流。因此,在中国南方河床上发现的壶穴既可能是河流流水形成的,也可能是第四纪山谷冰川融水造成的;而中国北方花岗岩山脊上的壶穴只能是曾经覆盖其上的第四纪冰帽在冰川退缩期之冰川融水形成的。所以,花岗岩山脊上的壶穴为冰川壶穴(即冰臼),可以看作第四纪冰帽的标志。根据中国东部壶穴的分布特征推断:中国东部之北方在第四纪末次冰盛期至少曾经存在着许多冰帽甚至大陆冰川,而其南部边缘至少已经达到山东蒙山以南。

差异风化型危岩力学模型及破坏机制研究

差异风化型危岩多形成于由砂岩和泥岩等软、硬岩性组成的互层陡倾岩质边坡中,其崩塌破坏属地质灾害中的常见形态。以普洱渡危岩高边坡为例,推导出差异风化型危岩岩腔后壁泥岩压应力随岩腔深度增加而增大的计算公式。据普洱渡危岩高边坡地形地貌和地质构造特征建立了两类4种差异风化型危岩力学模型:第1类为主控结构面贯通率等于1时的泥岩基座压裂破坏型和转动破坏型危岩;第2类为主控结构面贯通率小于1时的坠落型和倾倒型危岩。利用岩石强度理论推导出研究区砂岩的二次抛物线型摩尔强度包络方程,以极限平衡理论和摩尔强度理论推导了4种危岩体在自重、地震力和裂隙水压力共同作用下的崩塌破坏判别表达式,并由此反演出危岩体的临界崩塌边界方程,得出危岩体崩塌边界(岩腔深度、危岩体厚度和高度、主控裂隙深度)之间的关系,为现场预测和判别危岩体的稳定性和崩落时序提供简便可靠的依据。

峨眉山玄武岩岸坡深部差异风化岩体特征及成因

西南地区某水电工程的峨眉山玄武岩,其岩体风化具有特殊性,存在岸坡内部(或深部)岩体风化局部加强的特殊现象(称为差异风化)。该差异风化岩体在表观特征、分布特征、化学特征及形成环境上具有与岸坡表部一般风化岩体不同的显著特征。以该处差异风化岩体发育分布规律为基础,结合其化学特征、河谷演化过程及浅生改造理论分析其成因机制。研究表明:差异风化不具随水平深度增大风化逐渐减弱特征,分布受长大张性结构面控制,表现为局部的裂隙式风化加剧,张性结构面两侧5～15 cm范围内岩体红度增加;差异风化岩体发生了化学风化,但并未发生明显的脱硅富铝与盐类淋失迁移,仅表现为二价铁减少、三价铁富集;控制性结构面具浅生改造特征,差异风化岩体赋存于浅生结构所形成的相对封闭空间;浅生改造正是导致差异风化岩体形成的根本原因。

铁路路基段差异风化工程特性研究

结合拟建贵广铁路高培二号隧道出口外路基工点(DK308+500～DK308+560),对基岩(砂岩夹硅质页岩、炭质页岩)中的差异风化现象进行了研究。探讨了差异风化的成因、机理,工程特性及其对铁路工程的危害,并提出了相应的工程勘察、设计和处理措施建议,对类似的路基工程具有一定的参考价值。

广东沿海地区花岗岩风化剖面及其差异风化现象的特征分析

广东沿海地区广泛分布着燕山期花岗岩。通过对花岗岩风化作用及其主要的影响因素的描述 ,了解其风化剖面的特征及在广东省沿海地区的分布特点 ,进一步认识花岗岩风化剖面的垂直分带性及差异风化现象。此外 ,还介绍了风化层的划分及球状风化的鉴别方法。

西南某水电站坝区岩体深部差异风化成因及分布规律分析

在野外调查和室内分析的基础上,对西南某水电站坝区典型深部差异风化成因和分布规律进行了分析,指出其发育分布均位于微风化和新鲜岩体内部,主要受岩性和断裂控制,成因与河谷及岸坡形成演化密切相关。深部差异风化不会直接影响岩体的稳定性,但将促使浅表生改造进一步发展,导致岩体沿软弱结构面发生松动、变形、破坏、失稳,最终导致边坡的变形、破坏。

差异风化对软硬互层红层边坡变形控制研究

原本处于稳定的红层近水平软硬互层工程边坡,经过近5 a的差异风化,局部会出现掉块现象,对公路的正常运营和行车安全造成威胁。选择具此特征的仁-赤高速元厚边坡为例,通过现场调查,获得该类边坡现场实际变形特征。在此基础上运用底摩擦试验及3DEC离散元数值模拟方法研究该类边坡变形破坏随差异风化的发展过程。结果表明:①元厚边坡的变形破坏模式主要为坠落式破坏和倾倒式破坏。②差异风化形成的凹岩腔深度对边坡变形破坏起控制作用,当凹岩腔发育深度为1 m时,边坡局部发生变形破坏;当凹岩腔发育深度达2 m时,危岩体发生坠落式或倾倒式崩塌。③综合分析边坡岩体结构特征及变形破坏演化模式,提出“清坡+封闭软层+主动防护网+排水工程”的处治方案。研究成果能为赤水红层地区该类型工程边坡的防治方案确定提供理论参考。

HMT法探测花岗岩差异风化的应用研究

通常情况下花岗岩岩性稳定、岩石完整,是隧道工程的理想围岩.我国沿海地区花岗岩覆盖普遍,但因气候炎热,秋夏两季多台风暴雨,降雨量丰富,化学风化作用剧烈,使得花岗岩差异风化严重.风化作用不仅仅发生在近地表,而且深切入地下达数百米,常穿过隧道洞身.本文以新建厦门至深圳高速铁路(简称厦深高铁)某隧道工程勘察为例,采用探测深度大、工作方便的天然场源高频大地电磁测深法(HMT),探测花岗岩差异风化情况.四条相邻测线综合探测结果表明:根据HMT法二维反演剖面图中电阻率的差异,成功解释了已开挖段的施工塌陷范围,并预测了将要开挖段的强风化弱地质结构分布范围;通过垂向相对低阻异常特征定量推断了岩体风化带向下延伸情况,为隧道安全施工提供了科学指导.

山区高速公路差异风化边坡工程滑坡治理研究

山区高速公路建设过程中，高填深挖路段难以避免，因边坡开挖扰动山体造成坡体应力集中释放，从而引发滑坡、坍塌等不良工程地质灾害的情况时有发生。以云南省保山至腾冲高速公路K8＋920-K9＋160段高边坡工程滑坡治理为例，结合现场勘察和试验资料，以数理建模完成滑坡稳定性分析，提出针对岩性相同但差异风化明显的工程滑坡的综合治理方案。体现了山区高速公路修建过程中，对于此类工程滑坡，结合实际地质条件和数理分析，合理选择治理措施的重要性，并为同类型滑坡治理工程提供参考。

实例分析差异风化型危岩的稳定性

为揭示差异风化危岩的位移特征和崩塌影响因素,文中以重庆市开县麻柳乡危岩边坡工程为实例,采用数值分析软件,对不同岩腔风化深度和岩体主裂隙深度工况下危岩体的稳定性进行了有限元分析。研究结果表明,岩腔风化深度为危岩体崩塌的主要影响因素,且动力作用会加速危岩体的崩塌,岩腔风化深度对危岩的崩塌预警具有重要参考意义。

差异风化条件下大别山地区片麻岩边坡局部变形破坏模式及防治对策研究

采用物理力学性质试验,对大别山地区片麻岩风化带岩土体的强度特征进行研究。不同风化程度片麻岩的物理性质试验表明,随着风化程度的加深,片麻岩风化物内部孔隙体积逐渐增大,密度逐渐减小,越容易受到风化营力的影响;水理性质试验表明,随着风化程度的加深,片麻岩风化物的吸水率、饱水率及渗透系数均大幅增加;力学性质试验表明,随着风化程度的加深,片麻岩风化物各类力学参数均显著降低。在差异风化条件下将大别山地区片麻岩边坡局部变形破坏模式归纳为层内弧面滑动型、结构面直线滑动型、坡面流滑型、顺层滑移拉裂型、楔形体破坏型、倾倒破坏型六种,同时以蕲春某高切坡为实例,对防治对策进行研究,以期为今后片麻岩边坡调查、评价、治理、监测工作提供参考。

综合物探在某开挖核岛差异风化带调查中的应用

地球物理勘探具有设备轻便、成本低、效率高、工作空间广等优点,但存在多解性的问题,为了获取准确有效的解译成果,本文采用综合的物探方法,以地质雷达、地震面波法以及直达法波速测试等探测手段,对南方某滨海核电厂核岛开挖后反应堆厂房所揭露的差异风化带进行探测,并通过与核岛开挖地质编录及前期钻探成果进行对比,以查明差异风化带空间展布特征及物理力学特性。探测结果显示,综合物探法不仅能避免钻探方法对地基岩体完整性产生的影响,而且能在平面及纵向深度范围内探测差异风化带的空间展布特征,且探测效果显著,可为后续设计输入提供强有力的支持。

浅析某码头工程花岗岩差异风化现象的分布特征及影响因素

花岗岩差异风化现象的存在,形成了软硬不均的不良地质现象,对码头基础的设计施工有很大的影响,以某码头工程勘察为实例,对差异风化现象的形成机制进行分析,供同类项目参考。

红层砂岩与砾岩差异风化的湿度应力效应研究

目前针对红层砂岩与砾岩差异风化的研究主要集中于二者物理力学性质的对比,而对差异风化的外动力因素研究较少。通过对浙江省红层盆地中的12个拱形岩穴和1个天然石拱的现场调查,结合砂岩、砾岩的室内干湿循环实验,以及砂岩、砾岩水分运移和湿度应力分布的数值模拟研究,分析了红层砂岩与砾岩岩层在风化速率、风化特征等方面的差异。结果表明,砂岩与砾岩的崩解实验破坏特征与现场调查的结果相吻合,砂岩风化主要表现为沿球面状裂隙剥落或沿层面剥落,砾岩风化主要表现为砾石从基质中脱落。砂岩的崩解速率远大于砾岩,砂岩变形量为0.15~0.18 mm,而砾岩仅有0.001~0.002 mm的变形量。数值模拟结果也揭示了砂岩和砾岩差异风化的内在机制,在吸水过程中均质砂岩产生了球面状分布的湿度应力,砂岩在球面状拉应力作用下呈洋葱式剥落;砾岩则在砾石与基质的接触面具有湿度突变与拉应力集中,导致砾石在拉应力作用下从基质中脱落。上述研究成果充分揭示了湿度应力是控制红层砂岩与砾岩差异风化的外动力因素。

火山岩风化壳及油气地质意义——以新疆北部石炭系火山岩风化壳为例

以新疆北部石炭系火山岩风化壳为例,利用露头、岩心、试油和测井等资料,研究火山岩风化壳特征、分布及油气地质意义。完整火山岩风化壳具有6层结构,即土壤层、水解带、淋蚀带、崩解Ⅰ带、崩解Ⅱ带和母岩,不同结构层具有不同特征和识别标志,有利储集层主要发育于淋蚀带和崩解Ⅰ带内。风化淋蚀时间控制风化壳厚度,火山岩风化壳最大厚度可达550 m,形成时间约46.3 Ma;岩性、岩相、风化程度控制风化壳储集层物性;断裂控制风化壳储集层渗流能力,越靠近断裂渗流半径和渗流能力越大。火山岩风化壳主要分布于古地貌高部位、斜坡带及断裂发育的低洼部位;靠近断裂区油层垂向跨度大。建立火山岩风化程度和有效储集层评价方法和模型,可利用测井资料评价未取心井钻遇的火山岩风化壳风化程度及有效储集层。

花岗岩地区地铁风井深基坑工程地质条件研究

为研究区域断层构造影响带内的深基坑工程地质条件,以“面→线→点”的总体思路,采用地质调查、地面物探、孔内物探、机动钻探、岩土测试等“五位一体”的综合勘察手段,查明基坑范围内的断层产状及宽度、地层分布规律、岩土体力学性质等,归纳适用于复杂地质条件的深基坑工程的勘察方法。首先,开展地质调查,从“面”上查明基坑工程位于F2区域断层影响带内,发育3组交错节理,断层构造加剧了节理裂隙的发育程度,导致基坑范围内岩体破碎、差异风化严重;然后根据瞬变电磁法,从“线”上获得断层及影响带宽55~65 m,初步建立基坑结构与断层构造的空间关系;最后根据机动钻探及孔内电阻率测试,从“点”上揭示基坑纵向岩土体“软硬相间”的分布特征,地层受构造挤压严重,断层影响深度达60 m,岩体风化程度高、强度低,以散体状为主,间夹碎块状,空间上无规律性,表现为典型的断层构造带特征。研究表明,通过利用不同勘探手段的优势,相互验证、综合分析,可查明复杂地质条件下深基坑工程的地质条件和岩土力学特征,为设计方案提供可靠的地质依据。

贵州碎屑岩分布区崩塌地质灾害发育特征及孕灾条件分析

碎屑岩分布区地质灾害以滑坡为主,而崩塌地质灾害往往容易被忽视。通过对碎屑岩崩塌孕育条件的分析,可以更好地指导碎屑岩分布区崩塌的防治工作。本文以云贵山崩塌为例,运用地面调查、遥感、数值模拟等技术手段,分析其地质灾害特征、运动特征及孕育条件。采用归纳分析的方法对碎屑岩崩塌孕灾条件进行了总结。结论显示,云贵山崩塌为小型崩塌,破坏模式多为倾倒式,影响范围112 m以内;陡峭的地形、硬岩夹软弱夹层组合、近水平斜坡结构、差异性风化是云贵山崩塌的主要孕育条件;碎屑岩崩塌孕灾条件中地形地貌、特殊岩性组合及软硬岩接触面的揭露情况对碎屑岩崩塌孕育的影响较大。

中国不同气候带盐风化作用的地貌特征

盐风化作用是地球表面普遍存在的一种物理风化作用,由于盐类的周期性结晶作用而造成地表岩石和建筑材料的破坏,形成诸如风化穴或蜂窝石构造等地貌景观。盐风化作用也是差异风化的主要表现形式之一。然而,到目前为止盐风化作用在中国地学界仍然被严重忽视,以至于盐风化作用造成的地貌景观常常被地学研究者和科普人士误读为海浪冲蚀、流水侵蚀、风蚀作用等。经过近十年的野外观察与探讨,笔者等对盐风化的形成机理和表现形式有了深入的理解。本文以中国境内东部海岸带、华北半干旱区、西北干旱区和东南湿热气候带基岩露头为例,系统地分析了盐风化作用的机理及其在不同气候带的表现形式。盐风化的必要条件是:适当的可溶性盐类(如Na_2SO_4、NaCl等)供应、周期性的干湿交替和温度变化。盐风化作用主要在发育可渗性孔隙的砂砾岩类和富含微裂隙的花岗岩类之露头表面表现明显,可以形成特征显著的盐风化穴。盐风化作用形成的地貌景观在东部海岸带和西北干旱区表现尤为明显,常常形成蜂窝石构造和大型风化穴,与风蚀作用的痕迹明显有别;而在华北半干旱区和南方湿热气候带虽然受到降雨等其他因素的影响而常常遭受改造、叠加甚或清除,但在某些露头区仍然保留有重要的识别标志,形成大型风化穴以及小型蜂窝石构造。笔者等强调:地表各种地貌景观形成过程中都有盐风化作用的贡献,而建筑物和景观保护也必须考虑到盐风化作用的影响。建议地学同仁重视盐风化作用的普遍性和重要性,在相关教材中补充更新盐风化的概念,并以科普的方式通过多种媒体纠正过去的错误认识。

磷灰石和方解石微生物风化作用的锶同位素示踪

为研究微生物对磷灰石和方解石的差异风化作用,将一株黑曲霉(Aspergillus niger)和一株青霉(Penicillium sp.)分别培养在含有方解石和磷灰石混合物的培养基中,按不同时间取培养基上清液样品,测定其Ca2+、Sr2+含量及Sr同位素比值.测试结果显示培养基上清液的Sr同位素比值介于端元组分方解石与磷灰石的Sr同位素比值(0.70721-0.70861)之间.基于锶同位素组成的端元模式计算结果表明:在真菌培养前期,黑曲霉优先选择方解石进行风化,而青霉则优先风化磷灰石;随着培养时间的延长,青霉对方解石风化能力逐渐增强.应用Sr同位素方法可示踪识别微生物对不同矿物风化作用的差异性.